ZALEśNOŚĆ MIĘDZY PROMIENIOWANIEM MIKROFALOWYM A ZAWARTOŚCIĄ AZOTANÓW W BULWACH ZIEMNIAKÓW W TRAKCIE ICH PRZECHOWYWANIA.

Transkrypt

1 Acta Agrophysica, 2008, 11(2), ZALEśNOŚĆ MIĘDZY PROMIENIOWANIEM MIKROFALOWYM A ZAWARTOŚCIĄ AZOTANÓW W BULWACH ZIEMNIAKÓW W TRAKCIE ICH PRZECHOWYWANIA Tomasz Jakubowski Katedra Techniki Rolno-SpoŜywczej, Wydział AgroinŜynierii, Akademia Rolnicza ul. Balicka 116B, Kraków tjakubowski@ar.krakow.pl S t r e s z c z e n i e. Praca miała na celu określenie zaleŝności między promieniowaniem mikrofalowym i czasem przechowywania a zawartością azotanów w bulwach ziemniaków. Materiał badawczy stanowiły bulwy ziemniaków bardzo wczesnych odmian Aster i Felka pochodzące z upraw w warunkach polowych. Bezpośrednio po zbiorze określono masę kaŝdej bulwy i poddano je działaniu pola mikrofalowego o mocy 100 i 1000 W. Wykorzystano urządzenie generujące mikrofale o częstotliwości 2,45 GHz, pojedynczą bulwę umieszczano w szczelnej komorze na czas 10 s. Całkowite dawki promieniowania zawierały się w przedziale J co odpowiadało 11,5-325,0 J g -1 jednostkowych dawek promieniowania mikrofalowego. Stwierdzono istotne zaleŝności pomiędzy zawartością azotanów w bulwach ziemniaków badanych odmian i okresem ich przechowywania a wpływem promieniowania mikrofalowego. Bulwy ziemniaków obu odmian poddane działaniu mikrofali w zakresie 11,5-107,6 J g -1 dawek jednostkowych wykazywały niŝsze zawartości azotanów w porównaniu z próbami kontrolnymi. Odmiana Aster, w porównaniu z odmianą Felka, silniej zareagowała na działanie pola mikrofalowego obniŝeniem zawartości azotanów w bulwach po okresie przechowywania. S ł o wa kluczowe: ziemniak, promieniowanie mikrofalowe, azotany, przechowalnictwo WSTĘP Według Samborskiego (2005) dopuszczalna zawartość azotanów w kilogramie świeŝej masy bulw ziemniaka wynosi 200 mg, poziom ten bywa przekraczany szczególnie w uprawie odmian bardzo wczesnych i wczesnych, gdy stosuje się zbyt duŝe dawki azotu. Nagromadzaniu azotanów sprzyja susza i wysokie temperatury w trakcie wegetacji jednakŝe skutecznie ograniczają zawartość tych związków procesy obróbki termicznej (gotowanie, gotowanie w kuchni mikrofalowej, smaŝenie w głębokim tłuszczu) oraz obieranie. Badania Lina (1990) oraz Ciećko i in. (2004) wska-

2 412 T. JAKUBOWSKI zują, Ŝe wysokie dawki azotu mogą przyczyniać się do obniŝenia jakości plonu bulw poprzez kumulacje szkodliwych azotanów, wywołujących m.in. methemoglobinemie. Zdaniem Wojciechowskiej (2005) azotany same w sobie nie stanowią szczególnego zagroŝenia dla zdrowia człowieka natomiast groźne są azotyny powstające podczas częściowej redukcji azotanów. Proces redukcji rozpoczyna się juŝ w jamie ustnej, a następnie przebiega w kolejnych odcinkach przewodu pokarmowego. Bezpośrednim następstwem zatrucia azotynami jest utlenianie hemoglobiny do methemoglobiny niezdolnej do przenoszenia tlenu, obniŝenie ciśnienia tętniczego krwi, destrukcja karotenoidów oraz witamin z grup A i B. Przekroczenie optymalnej dawki azotu pod uprawy ziemniaków znacząco obniŝa jakość bulw na skutek spadku zawartości skrobi i wartości biologicznej białka oraz podwyŝsza zawartość azotanów. Jednocześnie wysokie dawki nawozów organicznych powodują wzrost zawartości azotu mineralnego w glebie. Wpływa on niekorzystnie na jakość plonu roślin oraz zanieczyszczenie środowiska (Mazur i Mazur 2006, Mikos-Bielak i in.1999). Stymulujący wpływ pola mikrofalowego na rośliny z gatunku Solanum tuberosum został wykazany między innymi w pracach Marksa i in. (2005ab, 2007ab) oraz Jakubowskiego (2006, 2007). Istnieje zatem prawdopodobieństwo, Ŝe poddanie bulw ziemniaka działaniu promieniowania mikrofalowego przed ich przechowywaniem moŝe działać obniŝeniem zawartych w nich azotanów po okresie przechowywania. Mając na uwadze powyŝsze, celem pracy było określenie zaleŝność między promieniowaniem mikrofalowym i czasem przechowywania a zawartością azotanów w bulwach ziemniaków. MATERIAŁ I METODA Materiał badawczy stanowiły bulwy ziemniaków bardzo wczesnych odmian Aster i Felka pochodzące z upraw w warunkach polowych. Gleba na której uprawiano ziemniaki to gleba lekka, piasek słabo gliniasty, kompleksu Ŝytnio-ziemniaczanego dobrego, klasa bonitacyjna IVA. Zawartość azotu mineralnego w glebie określono jak niską (61 kg N ha -1 ) (Materiały źródłowe Krajowej i Okręgowej Stacji Chemiczno Rolniczej w Krakowie oraz Instytutu Uprawy i NawoŜenia Gleb w Warszawie z lat ). Pod uprawę zastosowano nawoŝenie mineralne w dawce 90 kg N ha -1. Bezpośrednio po zbiorze (po 89 dniach wegetacji) określono masę kaŝdej bulwy i poddano je działaniu pola mikrofalowego o mocy 100 i 1000 W (za wyjątkiem prób kontrolnych). Wykorzystano urządzenie generujące mikrofale o częstotliwości 2,45 GHz, gdzie pojedynczą bulwę umieszczano w szczelnej komorze na czas 10 s. Całkowite dawki promieniowania zawierały się w przedziale J co odpowiadało 11,5-325,0 J g -1 jednostkowych dawek promieniowania mikrofalo-

3 ZALEśNOŚĆ MIĘDZY PROMIENIOWANIEM MIKROFALOWYM 413 wego. Jednostkową dawkę promieniowania określono jako iloraz całkowitej dawki promieniowania mikrofalowego i masy bulwy poddanej działaniu mikrofali. Próbki do badania zawartości azotanów w bulwach ziemniaka w łącznej liczbie 150 świeŝych bulw dla kaŝdej odmiany przechowywano w chłodni (z automatyczną regulacją temperatury) w temperaturze 5-6 o C w drewnianych skrzynkach przez okres 7 miesięcy. Przed umieszczeniem bulw ziemniaka w chłodni oraz w okresie przechowywania próbek, co 30 dni określano zawartość azotanów w mg NO 3 kg -1 świeŝej masy (aparatura MA235 ph/jonometr firmy Mettle Toledo, Polska Norma 180 mg NO 3 kg -1 ). Bezpośrednio po zbiorze zawartość azotanów w bulwach ziemniaków wynosiła odpowiednio 23,92 mg NO 3 kg -1 dla odmiany Felka i 27,09 mg NO 3 kg -1 dla odmiany Aster. W badaniu wykorzystywano losowo wybranych 5 bulw poddanych działaniu pola mikrofalowego i tyle samo bulw z próby kontrolnej. Próbki do oznaczania azotanów przygotowano wg kolejnych kroków zgodnie z metodyka proponowaną przez Krajową Stację Chemiczno Rolniczą: przygotowanie roztworu ekstrakcyjnego 0,04 mol Cu SO 4, przygotowanie nawaŝki (10 g materiału roślinnego, 100 ml roztworu ekstrakcyjnego), wstrząsanie przez ½ godziny (na wytrząsarce), odsączenie przez sączek typu 388 i d = 150 do kolby stoŝkowej z wąską szyjką, rozlanie do zlewek i pomiar ślepej próbki (roztwór ekstrakcyjny), wykonanie pomiaru próbki z nawaŝką, wyliczenie zawartość azotanów x 2 wg wzorów (1 i 2): ( a b) 10,1 1 x 1 = (mg KNO3 kg ) (1) m 1 62,0 1 x 2 = x (mg NO3 kgśm ) (2) 101,1 gdzie: a oznacza odczyt z aparatu w ślepej próbce, b oznacza odczyt z aparatu w próbce, m oznacza masę nawaŝki (g). Wykorzystując wielomian pierwszego stopnia jako funkcję opisującą zaleŝność pomiędzy oddziaływaniem pola mikrofalowego, okresem przechowywania i zawartością azotanów w bulwach ziemniaków obliczono współczynnik determinacji. Dla tych samych zaleŝności obliczono współczynnik korelacji liniowej. Testem F-Snedecora oceniono jednorodność wariancji w badanych próbach, a następnie testem t- Studenta określono istotne róŝnice pomiędzy badanymi próbami i odmianami.

4 414 T. JAKUBOWSKI WYNIKI Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono istotne zaleŝności pomiędzy zawartością azotanów w bulwach ziemniaków odmian Felka i Aster, okresem ich przechowywania a wpływem promieniowania mikrofalowego. Współczynniki korelacji liniowej określone dla powyŝszych zaleŝności, zawierały się w przedziale pomiędzy 0,96 a 0,85. Współczynniki determinacji regresji liniowej zawierały się w przedziale pomiędzy 0,63 a 0,93 (tab. 1). Tabela 1. Statystyczne zaleŝności pomiędzy wielkością jednostkowej dawki promieniowania mikrofalowego, okresem przechowywania a zawartością azotanów w bulwach ziemniaka (istotne dla α = 0,05) Table 1. Statistical relations between the unit microwave radiation dose, storage period, and content of nitrates in potato tubers (significance α = 0.05) Rodzaj zaleŝności Relation type Odmiana ziemniaka Potato variety Współczynnik korelacji Correlation coefficient Równanie regresji i współczynnik determinacji (R 2 ) Regression equation and determination coefficient (R 2 ) Wielkość dawki (11,5-107,6 J g -1 ) Zawartość azotanów Dose size ( J g -1 ) Nitrate content Felka 0,85 y = 0,0834x + 28,272 0,73 Aster 0,79 y = 0,0317x + 20,314 0,63 Okres przechowywania Zawartość azotanów Storage period Nitrate content Felka Aster 0,90 0,91 y = 1,3172x + 24,133 y = 2,2707x + 31,663 0,81 0,83 Okres przechowywania Zawartość azotanów (próby kontrolne) Storage period Nitrate content (check tests) Felka 0,96 y = 1,3645x + 25,51 0,93 Aster 0,83 y = 1,5423x + 30,583 0,69 Bulwy ziemniaków obydwu badanych odmian poddane działaniu pola mikrofalowego w zakresie 11,5-107,6 J g -1 dawek jednostkowych wykazywały niŝsze zawartości azotanów w porównaniu z próbami kontrolnymi (rys. 1 i 2). Zawartość azotanów w bulwach ziemniaka ulegała zmianie w okresie przechowywania i miała tendencję spadkową. Prawidłowość ta dotyczyła obydwu badanych od-

5 ZALEśNOŚĆ MIĘDZY PROMIENIOWANIEM MIKROFALOWYM 415 mian, prób poddanych działaniu mikrofali i prób kontrolnych. Zawartość azotanów w próbach kontrolnych była wyŝsza niŝ w próbach poddanych działaniu pola mikrofalowego róŝnice te były istotne na poziomie α = 0,05. Odmiana Felka w porównaniu z odmianą Aster wykazywała słabszą reakcję na działanie pola mikrofalowego róŝnice pomiędzy zawartością azotanów w próbach kontrolnych i próbach poddanych działaniu mikrofali sięgały 8,2% dla odmiany Felka i 13,6% dla odmiany Aster (rys. 3). Badane odmiany róŝniły się pod względem wielkości zmian zawartości azotanów w bulwach ziemniaków w trakcie poszczególnych pomiarów w o- kresie przechowywania. Wartość współczynników determinacji regresji liniowej (rys. 3) wskazuje, Ŝe odmiana Aster, w porównaniu z odmianą Felka, wykazywała większą regularność w zmniejszaniu zawartości azotanów w bulwach ziemniaka w trakcie okresu przechowywania. W bulwach ziemniaków poddanych działaniu promieniowania mikrofalowego, w porównaniu z próbami kontrolnymi, odnotowano wzmoŝony proces kiełkowania w końcowych etapach przechowywania materiału badawczego. Efekt taki znajduje uzasadnienie i został on poruszony w pracach autora (Jakubowski 2007). 21 Zawartość azotanów (mg kg -1 śm) Nitrate content (mg kg -1 of fresh substance) 19 Odmiana Felka Bona Felka Bona variety 11,5-107,6 J g ¹ 19,17 108,1-160,8 J g ¹ 20, J g ¹ 20,8 Próba kontrolna Check tests 20,88 Rys. 1. ZaleŜność pomiędzy jednostkową dawką promieniowania a zawartością azotanów w bulwach ziemniaków odmiany Felka Fig. 1. Relation between unit radiation dose and nitrate content in potato tubers of Felka variety

6 416 T. JAKUBOWSKI 23 Zawartość azotanów w (mg kg -1 śm) Nitrate content (mgkg -1 of fresh substance) 19 Odmiana Aster Aster variety 11,5-107,6 J g ¹ 19,66 108,1-160,8 J g ¹ 22, J g ¹ 22,65 Próba kontrolna Check tests 22,75 Rys. 2. ZaleŜność pomiędzy jednostkową dawką promieniowania a zawartością azotanów w bulwach ziemniaków odmiany Aster Fig. 2. Relation between unit radiation dose and nitrate content in potato tubers of Aster variety 30 Odmiana Felka Felka variety Odmiana Aster Aster variety Liniowy (Odmiana Felka Felka variety) Liniowy (Odmiana Aster Aster variety) Odmiana Felka Felka variety (kontrola check) Odmiana Aster Aster variety (kontrola check) Liniowy (Odmiana Felka Felka variety (kontrola check)) Liniowy (Odmiana Aster Aster variety (kontrola check)) 28 Zawartość azotanów [mg kg -1 ś.m.] Nitrate content [mg kg -1 of fresh substance] Okres przechowywania [miesiące] Storage period [month] Rys. 3. ZaleŜność pomiędzy zawartością azotanów a okresem przechowywania bulw ziemniaka Fig. 3. Relation between nitrate content and potato tubers storage period

7 ZALEśNOŚĆ MIĘDZY PROMIENIOWANIEM MIKROFALOWYM 417 WNIOSKI 1. Stwierdzono istotne zaleŝności pomiędzy zawartością azotanów w bulwach ziemniaków odmian Felka i Aster oraz okresem ich przechowywania a wpływem promieniowania mikrofalowego. 2. Bulwy ziemniaków odmian Felka i Aster poddane działaniu mikrofali w zakresie 11,5-107,6 J g -1 dawek jednostkowych wykazywały niŝsze zawartości azotanów w porównaniu z próbami kontrolnymi. 3. Odmiana Aster, w porównaniu z odmianą Felka, silniej zareagowała na działanie pola mikrofalowego obniŝeniem zawartości azotanów w bulwach po okresie przechowywania. PIŚMIENNICTWO Ciećko Z., śołnowski A., Wyszkowski M., Plonowanie i zawartość skrobi w bulwach ziemniaka w zaleŝności od nawoŝenia NPK. Annales Vol. LIX, Nr 1 Sectio E, Lublin, Jakubowski T., Wpływ mikrofalowej stymulacji sadzeniaków ziemniaka na wzrost i rozwój roślin potomnych. Materiały konferencyjne "IV Warsztaty Akademickie w Naukach Rolniczych i Medycznych" Rejvíz (Czechy), 89. Jakubowski T., Wpływ promieniowania mikrofalowego na dynamikę wzrostu kiełków bulwy ziemniaka. Materiały konferencyjne IX Międzynarodowej Konferencji Naukowej pt. Teoretyczne i aplikacyjne problemy inŝynierii rolniczej we Wrocławiu, Lin J.K., Nitrosamines as potential environmental carcinogens in man. Ann. Clin. Biochem., 29, Marks N., Lipiec J., Jakubowski T., 2005a. Ocena przydatności metod fizycznych do zwalczania przechowalniczych chorób bulw ziemniaka. InŜynieria Rolnicza 7(67), , Kraków. Marks N., Jakubowski T., 2005b. Wpływ promieniowania mikrofalowego na trwałość przechowalniczą bulw ziemniaka. InŜynieria Rolnicza 6(81), 57-64, Kraków. Marks N., Jakubowski T., 2007a. Wpływ promieniowania mikrofalowego wytrzymałość statyczną na bulw ziemniaka. InŜynieria Rolnicza, 13(88), , Kraków. Marks N., Jakubowski T., 2007b. Określenie zaleŝności pomiędzy odpornością bulwy ziemniaka na uszkodzenia mechaniczne a wielkością dawki promieniowania mikrofalowego. Materiały konferencyjne VI Międzynarodowej Konferencji Naukowej pt. Problemy techniki rolniczej i leśnej, 81-82, Warszawa. Materiały źródłowe Krajowej i Okręgowej Stacji Chemiczno Rolniczej w Krakowie oraz Instytutu Uprawy i NawoŜenia Gleb w Warszawie z lat Mazur Z., Mazur T., Skutki azotowej eutrofizacji gleb. Acta Agrophysica, 8(3), Mikos-Bielak M., Sawicka B., Rudzińska B., Azotany i azotyny w bulwach wczesnych odmian ziemniaka. Biul. IHAR, 209, , Radzików. Samborski S., Przemysłowy przerób ziemniaków. Seria: Polska wieś w Europie Wydawnictwo SGGW, 1-17, Warszawa. Wojciechowska R., 2005 Akumulacja azotanów a jakość produktów ogrodniczych. Wyd. Coperite, 21-27, Kraków.

8 418 T. JAKUBOWSKI RELATION BETWEEN MICROWAVE RADIATION AND NITRATE CONTENT IN POTATO TUBERS DURING THEIR STORAGE Tomasz Jakubowski Department of Food Engineering, Faculty of Agricultural Engineering, Agricultural University ul. Balicka 116B, Kraków Ab s t r a c t. The purpose of the study was to determine the relation between microwave radiation and storage time, and nitrate content in potato tubers. Material under investigation were potato tubers of very early Aster and Felka varieties, originating from crops in field conditions. Weight of each tuber was determined immediately after harvest. Then, the tubers were put in a 100 W and 1000 W microwave field. A microwave generator working at the frequency of 2.45 GHz was used in the tests. Single potato tubers were put in the hermetic generator chamber for 10 sec. Total radiation doses ranged from 1000 to J, corresponding to J g -1 of unit microwave radiation doses. Substantial relations were found between the content of nitrates in potato tubers of Felka and Aster varieties, their storage period, and the effect of microwave radiation. Potato tubers of Felka and Aster varieties put in microwave field ranging from 11.5 to J g -1 of unit doses showed lower nitrate content as compared to control samples. When compared to Felka variety, Aster variety showed stronger reaction to microwave field by lowering nitrate content in tubers after the storage period. K e y wo r d s : potato, microwave radiation, nitrates, storage